Chemical modifiers of passive ion permeability of the erythrocyte membrane

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wird ein Überblick über die Probleme gegeben, die bei der Interpretation der Wirkung von Substanzen auftreten, welche die passive Ionenpermeabilität der Erythrozytenmembran beeinflussen. Dabei wird besonderes Gewicht auf Hemmstoffe der Anionenpermeabilität gelegt.1-Fluoro-2,4-Dinitrobenzol (DNBF) und 5-Methoxy-2-Nitrotropon (MNT) können mit Aminogruppen kovalente Bindungen eingehen. Beide Substanzen werden von der Erythrozytenmembran irreversibel gebunden. Sie hemmen die Permeabilität für Anionen und steigern sie für Kationen. Die Wirkung des MNT auf die Kationenpermeabilität wird allerdings nur sichtbar, wenn es zusammen mit einer nahezu hämolytischen Menge an Äthanol dem Inkubationsmedium zugesetzt wird. Die Beobachtungen stehen im Einklang mit der Hypothese, dass die Erythrozytenmembran ein Anionenaustauscher ist, in dem Aminogruppen als Träger der positiven Festladungen vorhanden sind.Schwieriger lässt sich die Hemmwirkung einer Reihe von Stoffen erklären, die nicht mit Aminogruppen reagieren können. Dinitrophenol und Benzoat hemmen den Sulfationenfluss nichtkompetitiv, ohne dabei eine Steigerung des Kaliumeffluxes herbeizuführen. Auch aliphatische Verbindungen, darunter primäre Alkohole und Amine, können die Anionenpermeabilität vermindern, wobei bereits ein deutlicher Hemmeffekt auftritt, bevor der Kaliumefflux vergrössert wird. Die einzige Gemeinsamkeit dieser chemisch sehr heterogenen Gruppe an Hemmstoffen ist der polar-apolare Charakter ihrer Moleküle, was zu einer Anreicherung dieser Stoffe an Grenzflächen zwischen Lipid und Wasser führen sollte.Die Beziehung zwischen Sulfatpermeabilität und Hemmstoffkonzentration lässt sich mit Hilfe einer einfachen, aus der Enzymkinetik bekannten Formel beschreiben. Zwischen dem gemessenen Sulfatfluss und der aufgrund der Festladungshypothese berechneten Sulfatkonzentration in der Membran besteht ein exponentieller Zusammenhang, der durch eine empirische Gleichung wiedergegeben werden kann. Mit Hilfe dieser Gleichung lässt sich der Anionenfluss auch in Gegenwart eines Hemmstoffes (Phenol) beschreiben, wobei sich nur eine der beiden empirischen Konstanten erheblich ändert.Die geschilderten Ergebnisse legen die Vermutung nahe, dass die Anionen bei der Penetration durch die Erythrozytenmembran mindestens zwei verschiedene, hintereinander geschaltete Permeabilitätsbarrieren überwinden müssen.     

The electron microscopy of chemosensory hairs

Zusammenfassung Die chemorezeptorischen Haare am Labellum vonPhormia regina wurden im Totalpräparat mit dem Elektronenmikroskop untersucht. Die Anzahl der Moleküle, die an der schwellenwertigen Stimulationsreaktion teilnehmen, wurde abgeschätzt. Es zeigte sich, dass die Empfindlichkeit des olfaktorischen Rezeptors bei weitem die Grössenordnung des Zuckerrezeptors übertrifft.     

Localization of ceruloplasmin biosynthesis in human and monkey liver cells and its copper regulation

Zusammenfassung Aus Affenserum (Macacus rhesus) ist das Zeruloplasmin in Form einer homogenen Eiweisssubstanz isoliert und in ihren physikalisch-chemischen Konstanten näher bestimmt worden. Der Vergleich der Eigenschaften des Zeruloplasmins des Menschen und des Affen ergibt eine Ähnlichkeit dieser beiden Substanzen. Bei der Untersuchung mittels spezifischer Präzipitation im Agar haben sich beim Antiserum des Kaninchens Beweisgründe für eine antigene Identität beider Zeruloplasmine ergeben. An Gewebeschnitten der Affenleber inkubiert bei aktiv oxydativer Phosphorylierung ergab sich die Bindung des Zeruloplasmins in vitro. Resynthetisierte Eiweißsubstanz bildet einen spezifischen Niederschlag mit dem Antiserum des Kaninchens, welches gegen das Zeruloplasmin des Menschen immunisiert ist. Mit Hilfe lumineszierender Antikörper ist die spezifische Lumineszenz des Zeruloplasmins nur in parenchimatösen Leberzellen gefunden worden. Die Biosynthese des Zeruloplasmins ist in der Leber lokalisiert. Aus In-vitro-Versuchen an Gewebeschnitten der Leber beim Affen und entsprechenden In-vivo-Versuchen ergibt sich, dass Kupfersalze in geringen Konzentrationen die Biosynthese verstärken, in grossen Konzentrationen hingegen die Biosynthese des Zeruloplasmins hemmen.     

How specific is immunity?

Zusammenfassung Der vorstehende Artikel enthält eine allgemeine Diskussion über die Grenzen der Spezifität, die der erworbenen Resistenz gegen Infektionskrankheiten zugrunde liegt. Es wird die These vertreten, dass spezifische Mechanismen von grösserer Bedeutung sind als häufig angenommen wird und dass sog. unspezifische Abwehrkräfte in vielen Fällen sich nicht von echten Antikörpern unterscheiden lassen.     

The ageing ofXenopus laevis

Zusammenfassung (1) Die Spannung, welche sich bei der thermischen Kontraktion einer Sehne entwickelt, ist charakteristisch für das Alter der Tiere. Daraus lassen sich mit dem Alter fortschreitende Veränderungen des Collagens erkennen. (2) BeiXenopus laevis zwischen 2 und 13 Jahren nimmt mit zunehmendem Alter dieser Wert, ebenso wie bei Säugetieren, zu, unbeeinflusst davon, dass das Wachstum der Weibchen viel grösser als das der Männchen ist.     

The free amino acid contents and growth rates of polyploidSaccharomyces

Zusammenfassung In einer genetisch nachweisbar polyploiden Familie von Saccharomyces wurden der Gesamtgehalt an freien intrazellulären Aminosäuren und die Geschwindigkeit der Zellteilungen in Abhängigkeit der Ploidie bestimmt. Es liess sich zeigen, dass die Geschwindigkeit der Zellteilungen von der Ploidie nicht beeinflusst wird, während der Gesamtgehalt an freien intrazellulären Aminosäuren sich direkt proportional mit der Zunahme der Ploidie vergrössert (Verhältnis 1:1).     

Oxygen exchange in the erythrocyte

Zusammenfassung Es wird eine Übersicht über die mathematischen und experimentellen Aspekte des O₂-Austausches im Erythrozyten gegeben. Der Gesamtprozess kann als eine Sauerstoffdiffusion mit gekoppelter Hämoglobin-Sauerstoff-Reaktion beschrieben werden. Für die mathematische Analyse muss also die partielle Differentialgleichung der Diffusion durch ein Gleichungssystem erweitert werden, das dem chemischen Reaktionsablauf Rechnung trägt. Voraussetzung hierfür ist die Aufstellung eines Modells zur molekularen Interpretation der O₂-Bindungskurve. Die vereinfachten Differentialgleichungen für Diffusion und Reaktion lassen sich unter Beachtung der Rand- und Anfangsbedingungen nur näherungsweise integrieren.Es werden ferner die experimentellen Methoden beschrieben, die für die Verfolgung der schnellen O₂-Austauschvorgänge im Erythrozyten geeignet sind. An einigen Beispielen werden die mit diesen Methoden gewonnenen Untersuchungsergebnisse erläutert. Es zeigt sich, dass die mathematische Analyse und die experimentellen Untersuchungen zu übereinstimmenden Ergebnissen führen.     

A starch gel electrophoretic study of the hemolymph proteins of some bermuda crustacea

Zusammenfassung Haemolymphe Proteine von 10 dekapoden Krebsen aus den Bermudas wurden mit Hilfe der «Starch-Gel»-Elektrophorese untersucht. In acht Arten erwiesen sich die zwei langsamsten Proteinkomponenten als Kupfer-positiv, in zwei Arten wurde nur eine einzige Kupfer-positive Bande ermittelt. Die Esteraseaktivität war mit den meisten Kupfer-positiven Banden verbunden, wobei 10^–4 Eserinsulfat keine Hemmung der Aktivität herbeiführte. Diese und weitere Versuche legen die Vermutung nahe, dass bei einigen Crustaceen zwei Molekülarten von Haemocyan vorkommen.

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Contribution number 297 of the Bermuda Biological Station.

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This work was supported by grants from the Office of Naval Research and the Muscular Dystrophy Associations of America.     

The biosynthesis of penicillin

Zusammenfassung Auf der Grundlage einschlägiger Veröffentlichungen wird ein Mechanismus für die Biosynthese des Benzylpenicillins angegeben, welcher dessen unmittelbare Vorstufen und ihren Aufbau sowie die zur Bildung des Benzylpenicillins führende Reaktionsfolge festlegt. Danach erscheinen als unmittelbare Vorstufenl-Cystein, Dimethylbrenztraubensäure oder Dihydroxyisovaleriansäure, Ammoniak oder die Aminogruppe von Aminosäuren und Phenylessigsäure. Die Vereinigung dieser Vorstufen zu Benzylpenicillin vollzieht sich unter Bildung dreier Peptidbindungen und eines mit Dehydrierung verknüpften Ringschlusses. Für den Aufbau desl-Cysteins wird ein Reaktionsschema vorgeschlagen, welches der bei der Biosynthese beobachteten Aufnahme von Ameisensäure, Glycin, Serin, Methionin und Schwefelsäure in das Penicillinmolekül Rechnung trägt. Die Entstehung von Dimethylbrenztraubensäure oder Dihydroxyisovaleriansäure wird auf eine Azyloinkondensation von Brenztraubensäure mit Azetaldehyd und nachträgliche Umlagerung des Reaktionsproduktes zurückgeführt. Die Tatsache, dass die festgestellten Vorstufen allgemein verbreitete Stoffwechselprodukte sind, gibt eine wahrscheinliche Erklärung für die Bildung von Penicillin durch verschiedene Spezies vonPenicillium, Aspergillus und anderen Pilzen. Die noch nicht völlig geklärten biochemischen Unterschiede zwischen Stämmen mit hoher und niedriger Penicillinproduktion lassen sich vielleicht darauf zurückführen, dass bei ersteren grössere Mengen der unmittelbaren Penicillinvorstufen oder ihrer Vorläufer zur Verfügung stehen, welche bei letzteren zur Förderung des Wachstums und der Fortpflanzung der Pilze dienen.     

Ether soluble pigments in interglacial gyttja

Zusammenfassung Etwa 100 000 Jahre alte, interglaziale Gyttja aus Rodebäk im westlichen Dänemark (Riss-Würm-Interglazialzeit) wurde mit Äther extrahiert und die Extrakte mittels Papierchromatographie getrennt und untersucht. Es wurden grüne, gelbe und rote Pigmente gefunden. Aus den Absorptionsspektren und der Fluoreszenz dieser Stoffe ergibt sich, dass die grünen Pigmente Chlorophyllderivate, die gelben (sowie wenigstens eines der roten) Karotinoide sind. Die Gyttja enthielt schr wenige bestimmbare Pflanzenreste, hauptsächlich nur Pollen und Diatomeen. Die Farbstoffe müssen von lebenden Pflanzen im interglazialen See, in erster Linie Algen, herrühren, und haben infolge Lichtabschluss und niedrigem Redoxpotential sowie niedriger Temperatur ausserordentlich gute Aufbewahrungsbedingungen gefunden; normalerweise werden solche Stoffe schnell abgebaut.     

Karyotype in two himalayan species of polygonatum

Zusammenfassung Die Chromosomenzahl und der Karyotypus vonPolygonatum verticillatum Allioni (2n = 30, 64) undP. cirrifolium Royle (2n = 38), die im Himalaya vorkommen, wurden mit früher untersuchten europäischen Formen verglichen. Die beobachteten Unterschiede lassen sich durch die Annahme erklären, dass die europäischen Formen aus den Himalaya-Formen durch den Vorgang der Chromosomenverminderung und Veränderungen des Karyotypus hervorgingen.     

Physiological cell permeability and pharmacological action of DMSO

Zusammenfassung Es wird gezeigt, dass das DMSO die Möglichkeit hat, diecis-cis-Struktur der ungesättigten Fettsäure zu ändern. Diese strukturelle Veränderung, wenn sie in den gesättigten Fettsäuren benachbarten Molekülen stattfindet, bedingt die Bildung einer Pore. Sie hängt überdies zusammen mit der Veränderung, welche die Bildung von Lipoperoxyden bedingt und ihrer möglichen Rolle in der zellulären Permeabilität.     

Quantitative changes in the phosphorus fractions of transplanted brain tumors during complete ischemic incubation

Zusammenfassung Glukose, Glykogen, Milchsäure, ATP und 5 phosphathaltige Fraktionen wurden an experimentellen, anärobisch-inkubierten Hirntumoren bestimmt. Die Mengen anorganischen Phosphats und Milchsäure waren grösser als die vom Katabolismus niedermolekularer Substanzen erwarteten. Die Möglichkeit besteht, dass die Pentose aus Nukleinsäuren und säurelöslichen Oligonukleotiden als Quelle der überschüssigen Milchsäure entstammt. Dies würde unter anärobischen Bedingungen eine weitere Energiereserve für Tumorzellen darstellen.     

The pathogenic role of the inflammatory reaction in poliomyelitis. Immunofluorescence,electronmicroscopic and virological studies with type 3 poliovirus

Zusammenfassung Das Studium der sich entwickelnden entzündlichen Reaktion auf mit attenuiertem und virulentem Poliovirus infizierten Affen zeigte, dass diese in der Pathogenese der Poliomyelitis eine defensive und eine aggressive Rolle spielt. Die erstere umfasst eine unspezifische, sekundäre Antwort auf die Nervenschädigung (Neuronophagie) und eine spezifische, primäre Reaktion auf das virale Antigen (lokale Immunreaktion). Die letztere ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass einige der mobilen entzündlichen Elemente das Poliovirus replizieren und weiter verbreiten können.     

Inhibition of ovary development in worker bees by extraction fluid of the queen

Zusammenfassung Es wurde gezeigt, dass der Extrakt einer Königin die Ovarienentwicklung bei den Arbeiterinnen der Honigbiene bei geeigneter Darbietung in gleicher Weise hemmt wie der Körper der lebenden oder toten Königin selbst. Die hemmende Substanz hat den Charakter einer Fettsäure. Extrakte von Arbeiterinnen haben diese Wirkung nicht. Durch Markierungsversuche wurde festgestellt, dass in Versuchsgruppen von je 50 Arbeitsbienen nur ein Teil der Tiere die hemmende Substanz aufnimmt; bei diesen Tieren entwickeln sich die Ovarien deutlich weniger stark als bei den übrigen. Indirekte Übertragung der hemmenden Substanz (von einer Arbeiterin zur anderen) fand unter diesen Umständen also nicht oder in ungenügendem Umfang statt. Die erwähnte Substanz dürfte nur ein Glied in der Kette der Faktoren darstellen, die normalerweise zur Hemmung der Ovarienentwicklung führen.     

Conception nouvelle du galvanotropisme animal Expérience sur les Planaires

Zusammenfassung Die Galvanotaxis der Tiere ist fast immer kathodisch: Orientierung und Fortbewegung zur Kathode. SeitLoeb gehen die Erklärungen dahin, diese Reaktion nur mit Hilfe physiko-chemischer und physiologischer Begriffe zu erklären, jedoch ohne Erfolg. Ausgehend von einer Hypothese vonBohn über die Rolle der inneren Polarität der Organismen bei der Bestimmung ihrer polaren Bewegungen, zeigt der Verfasser, dass im Körper von Strudelwürmern zwei Typen von Anisotropie vorhanden sind bei Verwendung sehr schwacher galvanischer Ströme in Richtung der Längsachse der Tiere: Eine Anisotropie der elektrischen Stromleitung (grössere Leitfähigkeit bei homodromer — Kopf gegen Kathode — als bei antidromer Lage — Kopf gegen Anode); eine Erregungsanisotropie (grössere Erregung durch den elektrischen Strom bei homodromer als bei antidromer Lage). Die elektrische Anisotropie der Gewebe bestimmt die Erregungsanisotropie des Organismus. Die Richtung der Galvanotaxis wird bestimmt durch das Gesetz der maximalen Erregung: das Tier orientiert sich immer so, dass es durch den elektrischen Strom maximal erregt wird. Hieraus die kathodische oder homodrome Orientierung. Die gleichen Resultate ergaben sich auch mit Teilstücken des Strudelwurmes, ebenso mit dem isolierten Rüssel. Experimentell lässt sich die elektrische Anisotropie eines Strudelwurmes umkehren; es erfolgt darauf eine Umkehrung seiner Erregungsanisotropie und seiner Galvanotaxis, die anodisch wird.Die Anodenreaktionen von Echinodermen (zweiphasische Galvanotaxis) und der Wirbeltiere können wahrscheinlich durch das Optimum-Gesetz erklärt werden: Aufsuchen der minimalen Erregungsstellung (Scheminsky, Canella). Im Determinismus des Verhaltens spielen jedoch immer, ob die Galvanotaxis dem Gesetz der maximalen Erregung oder dem Gesetz des Optimums unterliegt, psychologische Faktoren eine Hauptrolle.     

Le molybdène en biologie

Zusammenfassung Durch seine Beteiligung an der Reduktion der Nitrate und an der Aufnahme von Stickstoff, spielt das Molybdän eine erhebliche Rolle im Cyclus dieses Elements. Aus diesem Grunde ist es nützlich, diejenigen Stoffwechselprozesse zu kennen, an denen das Molybdän entscheidend beteiligt ist. Es ist das Ziel dieser Übersicht, einen zusammenfassenden Einblick in den Stand unserer Kenntnisse auf dem Gebiet dieses Oligoelements zu geben; eine chronologische Betrachtung erlaubt uns, zuerst diejenigen biochemischen Vorgänge zu betrachten, für die seine Einwirkung als gesichert gilt.Die Gesamtheit der Arbeiten über die Nitratreduktion lassen darauf schliessen, dass das Molybdän spezifisch zur Funktion der Nitratreduktase gehört. Indem es integraler Bestandteil der aus Mikroorganismen und höheren Pflanzen extrahierten Nitratreduktase ist, kommt ihm eine Rolle im Elektronentransport, welcher von den Nitraten zu den Nitriten führt, zu. Es handelt sich hier um die erste Stufe der Reaktionen, die zur Ammoniakbildung führen.Man weiss schon lange, dass Molybdän zur Bindung des Luftstickstoffs benötigt wird. Unsere Kenntnisse über eine spezifische Beteiligung des Elements an diesem Vorgang verdankt man jedoch neueren Arbeiten, vor allem jenen, welche die Bindung von Stickstoff in zellfreien Extrakten zum Gegenstand haben. Diese Ergebnisse werden im Lichte der neuern Theorien über den Mechanismus der Stickstoffbindung besprochen.Abschliessend werden einige andere Reaktionen des pflanzlichen und tierischen Stoffwechsels betrachtet, an denen das Molybdän Anteil hat.     

The metabolism of glutethimide (Doriden®)

Zusammenfassung In diesem Übersichtsreferat werden die Stoffwechselstudien mit dem Schlafmittel Doriden^® (-Phenyl--äthyl-glutarimid) geschildert, wobei alle bisher erzielten, teilweise noch nicht veröffentlichten Resultate zusammengefasst sind. Die Untersuchungen wurden an Ratten und Hunden mit Hilfe von¹⁴C-markierter Substanz durchgeführt, speziell im Hinblick auf die Abklärung der Resorption, Verteilung, Ausscheidung und Struktur der Metaboliten des Wirkstoffes. Es wurde gefunden, dass Doriden nach der Resorption in kurzer Zeit praktisch quantitativ in Form von Metaboliten im Harn ausgeschieden wird. Diese bestehen zu mehr als 90% aus Glucuroniden, welche untoxisch sind und keine sedative Wirkung mehr besitzen. Aus der Strukturaufklärung der isolierten Stoffwechselprodukte ging hervor, dass Doriden nach zwei verschiedenen biochemischen Mechanismen metabolisiert wird, und es konnte gezeigt werden, dass dies auf den verschiedenen Stoffwechsel der beiden Antipoden von -Phenyl--äthyl-glutarimid zurückzuführen ist. Versuche mit Gallenfistelratten liessen erkennen, dass 70% der Glucuronide über die Galle und 30% direkt renal ausgeschieden werden. Bei einer solchen Versuchsanordnung konnte eine biologische Halbwertszeit von Doriden von 6,5 h bestimmt werden. Verteilungsstudien mit¹⁴C-markiertem Doriden und mit markierten Glucuroniden nach oraler und parenteraler Gabe liessen erkennen, dass sich Doriden ähnlich wie die ultrakurzwirksamen Barbiturate verhält, indem es eine ausgesprochene Affinität zu lipoidem Gewebe aufweist. Die Glucuronide dagegen sind aus dem Magen-Darm-Trakt bedeutend schlechter resorbierbar, zeigen keine Affinität zu lipoiden Organen und werden — einmal im Blut angelangt — durch die Niere rasch und vollständig eliminiert.

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Registered Trade Mark.

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H. Keberle published previously under the name ofJ. Kebrle.     

Towards a methodology of teleonomy

Zusammenfassung Das einzige für die Biologie kennzeichnende Problem der Anpassung von Organismen an ihre Umwelt hat nicht die Bearbeitung erfahren, die es verdient hätte. Als einer der Hauptgründe für diese Lage wird das Fehlen einer formalisierten Methodenlehre für die naturwissenschaftliche Erforschung von Anpassungen, die Teleonomie, angesehen. Nach kurzer Streifung begrifflicher und ihrer Erforschung nach noch offenen Grundfragen, z. B. dem Ökonomieprinzip, wird ein methodischer Ansatz vorgelegt, mit dem Anpassungen entdeckt und ihrer Entstehung nach erforscht werden können. Die teleonomen Methoden umfassen 1. Das Aufsuchen von Korrelationen zwischen untersuchter Eigenschaft und Umwelt, die wie üblich weit oder aber eng, innerhalb der Grenzen des Organismus gefasst sein kann. Die notorische Vieldeutigkeit solcher Korrelationen macht einer Deutung als Ursache-Wirkungs-Beziehung zwischen der Selektion und der von ihr geformten Eigenschaft dort Platz, wo sichergestellt werden kann, dass nur ein Selektionsdruck am Werke ist. 2. Die Veränderung einer Eigenschaft und die daran anschliessende Prüfung auf verschiedenen Fortpflanzungserfolg bei so veränderten und unverändert gebliebenen Gliedern einer Art. Verhaltensweisen, die sich im Experiment oft als unveränderbar erweisen, können auf ihre Funktion hin untersucht werden, indem man ihre Wirkung auf die Umwelt verändert und entsprechend den Fortpflanzungserfolg der betroffenen Individuen miteinander vergleicht 3. Mit Hilfe von Varianten einer Art unter gleichen Selektionsbedingungen kann der Selektionswert einer Eigenschaft quantitativ ermittelt werden.In einem Anhang wird versucht, einige der häufigsten Irrtümer und Missverständnisse klarzustellen, die auch heute noch einer erfolgreichen Teleonomie entgegenstehen.

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Altered version of a paper read at the 3rd German Speaking Ethological Conference 1972 at Radolfzell, Bodensee (Germany, Fed. Rep.)     

The effect of formaldehyde on the mutagenic action of X-rays inDrosophila

Zusammenfassung Vor einer Röntgenbestrahlung, deren Dosis von 1700 bis 2200 r variierte, wurdeDrosophila-Männchen Formalinlösung in schwacher, submutagener Konzentration injiziert. Es zeigte sich, dass im Vergleich zu den Kontrollen, welche nur bestrahlt wurden, die Mutationsrate nach Formalin-Vorbehandlung signifikant gesteigert war. Dabei wurden spätere Entwicklungsstadien der Spermatogenese erfasst als nach einer Vorbehandlung mit Zyanid, Azid und einem organischen Peroxid; bei reifen Spermatozoen liess sich jedoch keine Zunahme der Mutationsrate feststellen. Die Befunde weisen darauf hin, dass ein erhöhter Gehalt an organischen Peroxiden in den vorbehandelten Zellen die Chromosomen empfindlicher macht für die mutagene Wirkung der Röntgenbestrahlung.

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This paper is dedicated to Prof. Dr.Jacob Seiler, Zürich, on the occasion of his 70th birthday.